Outline of a fault diagnosis system for a large-scale board machine

Global competition forces process industries to continuously optimize plant operation. One of the latest trends for efficiency and plant availability improvement is to set up fault diagnosis and maintenance systems for online industrial use. This paper presents a methodology for developing industrial fault detection and diagnosis (FDD) systems. Since model or data-based diagnosis of all components cannot be achieved online on a large-scale basis, the focus must be narrowed down to the most likely faulty components responsible for abnormal process behavior. One of the key elements here is fault analysis. The paper describes and briefly discusses also other development phases, process decomposition, and the selection of FDD methods. The paper ends with an FDD case study of a large-scale industrial board machine including a description of the fault analysis and FDD algorithms for the resulting focus areas. Finally, the testing and validation results are presented and discussed.Peer reviewe

Monifaasireaktoreiden aineensiirtomallien kehittäminen

Työn kirjallisuusosassa on tarkasteltu erilaisia reaktori- sekä aineensiirtomalleja. Lisäksi kirjallisuusosassa on tutkittu, minkälaisia erilaisia malleja on kehitetty kuvaamaan katalyyttipartikkelien kastumista. Kirjallisuusosassa esitellyt reaktorimallit on jaettu pseudohomogeenisiin ja heterogeenisiin malleihin ja näiden kahden perustyypin eroja on verrattu keskenään. Heterogeeniset mallit soveltuvat paremmin monifaasireaktoreiden mallitukseen, sillä niissä saadaan huomioitua myös faasien väliset ilmiöt. Lisäksi kirjallisuusosassa on esitelty tarkemmin Toppinen et al. (1996a) ja Alopaeuksen (2002) kehittämät mallit kaasu-neste -rajapinnan laskentaan. Työn soveltava osa koostuu uuden monifaasireaktorimallin kehittämisestä sekä mallin testaamisesta. Uuden mallin pohjana on käytetty Toppinen et al. (1996a) kehittämää reaktorimallia, johon on lisätty Alopaeuksen (2002) kehittämä approksimatiivinen aineensiirron laskenta, joka perustuu Maxwell-Stefanin monikomponenttiaineensiirtomallin ratkaisuun. Aineensiirron laskentaa varten malliin on lisätty myös aikaisemmin käytössä olleet aineensiirtokerroinkorrelaatiot. Uudella mallilla simuloitiin bentseenin hydrausreaktorin sekä tolueenin hydrausreaktorin toimintaa. Uuden mallin tuloksia verrattiin Toppinen et al. (1996a) mallin antamiin tuloksiin. Lisäksi tolueenin hydraustuloksia verrattiin samanlaisesta reaktorista aikaisemmin julkaistuihin tuloksiin. Soveltavassa osassa tutkittiin myös aineensiirtokertoimien suuruuteen vaikuttavia tekijöitä. Uudella mallilla saatiin samoja tuloksia kuin Toppinen et al. (1996a) kehittämällä mallilla. Kirjallisuuden simulointituloksiin verrattaessa tuloksissa oli enemmän eroa, mutta tällöin osa eroista johtui eroista käytetyissä lähtöarvoissa. Uuden mallin laskenta-aika on vielä samaa luokkaa Toppinen et al. (1996a) kehittämän mallin kanssa

Faasimallinnus kemiallisissa reaktoreissa

In this work, chemical reactor modelling is discussed from a phase behaviour point of view. In trickle-bed reactors (TBR), the origin of many critical phenomena lies especially in dynamic phase changes and in the distribution of phases. For phase behaviour modelling purposes, two types of dynamic reactor models are presented: a trickle-bed reactor model and a gas phase particle model. In both models, special attention is focused on modelling the phase behaviour. In catalytic multiphase reactors, the same reaction can take place both in gas phase and in liquid phase. Therefore the effects that a phase can have on the reaction rate are discussed. Also a relation between a gas phase and a liquid phase adsorption coefficient is derived. Furthermore, the same kinetic model is used for isooctene hydrogenation in gas and in liquid phase. With respect to the modelling of phase equilibria, two types of non-ideal mixtures are presented. The applicability of SRK Boston-Mathias modification in calculating hydrogen solubility's in heavy hydrocarbons is tested. In addition, vapour-liquid equilibriua (VLE) are calculated for non ideal mixtures containing alcohol and hydrocarbon. Also numerical solving methods of a multiphase reactor model are discussed. The method of moments is presented and applied to the calculation of dynamic plug flow reactor state profiles

Höyry-nestetasapaino ja eksessientalpia: Mittauksia ja malleja prosessiteollisuuden tarpeisiin

The purpose of this work was to examine vapor–liquid equilibria (VLE) together with excess enthalpies (HE) in order to formulate thermodynamic models for the studied systems to meet the needs of process industry. A static total pressure apparatus, a circulation still, and a headspace gas-chromatograph were used to obtain VLE data. A SETARAM C80 calorimeter with a flow mixing cell was implemented and used for HE measurements and an Anton Paar DMA 512P vibrating tube densimeter for excess volumes (VE). The parallel use of different VLE apparatuses widened the scope of the experiments and ensured the high quality of the VLE data. The studied binary systems consisted of a group of alcohols with alkanes, ethers, esters, and a ketone. Additionally, binary mixtures of ethers and nitriles were studied. The components were selected based on their relevance to chemical industry and to their potential for supporting the sustainable development of eco-friendlier chemical processes. The measured VLE data were modeled by using the Hayden–O’Connell method with the chemical theory for the vapor phase fugacities and the Wilson model, NRTL, UNIQUAC, or UNIFAC model for the liquid phase activity coefficients. The inclusion of also HE data improved the model applicability beyond the original temperature and pressure ranges. The parallel thermodynamic measurements produced data of good quality. The consistency of the data was checked by applying the area test, the point test, and the infinite dilution test on the measured data. For the static total pressure apparatus, the method of Barker was used to reduct the pTz data to pTxy data.Tässä työssä mitattiin höyry-nestetasapainoja (VLE) ja eksessientalpioita (HE), joiden pohjalta laadittiin termodynaamisia malleja tutkituille kaksi-komponenttisysteemeille. Tutkitut systeemit ja näiden mallit ovat hyödyksi prosessiteollisuudelle. Höyry-nestetasapainojen mittaamiseen käytettiin staattista kokonaispainemittalaitteistoa, lasista kierrätysmittalaitteistoa ja headspace- mittalaitetta yhdistettynä kaasukromatografiin. Eksessientalpiat mitattiin sekoituskennolla varustetulla SETARAM C80 –virtauskalorimetril-lä, joka otettiin käyttöön tässä työssä. Anton Paarin DMA 512P –mallista tiheysmittaria käytettiin eksessitilavuuksien (VE) määrittämiseen. Eri VLE-mittausmenetelmien rinnakkainen käyttö mahdollisti laajemman mittausalueen ja paransi mittausten laatua. Tutkitut kaksi-komponenttisysteemit voitiin jakaa viiteen ryhmään. Systeemit muodostivat neljä ryhmää, joissa alkoholi oli toisena komponenttina ja toisena komponenttina oli joko alkaani, eetteri, esteri tai ketoni. Lisäksi viidenteen ryhmään kuuluivat komponenttiparit, joista toinen oli eetteri ja toinen nitriili. Komponenttien valinnoissa huomioitiin niiden merkitys prosessiteollisuudessa sekä ympäristöystävällisempien prosessien kehityksessä.Höyry-nestetasapainojen mittaustulokset mallinnettiin käyttämällä Hayden-O’Connell –menetelmää höyryfaasin fugasiteettien ja Wilson, NRTL, UNIQUAC tai UNIFAC-mallia nestefaasin aktiivisuuskertoimien määrittämiseen. Eksessientalpiat otettiin mukaan termodynaamiseen malliin, jota voitiin tämän ansiosta käyttää laajemmalla lämpötila- ja painealueella. Rinnakkaiset mittaukset tuottivat laadukasta tietoa aineominaisuuksista. Mittausten laatu tarkistettiin käyttämällä kolmea konsistessitestiä, joita kutsutaan pinta-alatestiksi, pistetestiksi ja äärettömän laimennoksen testiksi. Staattisella kokonaispainelaitteella saadut pTz-mittaustulokset redusoitiin pTxy-mittaustuloksiksi

Isothermal and Isobaric Vapor Liquid Equilibrium and Excess Molar Enthalpy of the Binary Mixtures of 2-Methoxy-2-methylpropane+2-Methyl-2-butanol or+2-Butanol.

International audienceLow molecular weight ethers have been used for many years as enhancers for fossil fuels combustion. A gradual replacement of mineral oils by bio-oils requires additional knowledge about the thermodynamic properties of bio-alcohol and ether mixtures. In this work, isothermal vapor–liquid equilibria (VLE) of the binary mixture of methyl tert-butyl ether (MTBE, 2-methoxy-2-methylpropane) with 2-methyl-2-butanol and MTBE with 2-butanol were measured isothermally at 323 K and at constant 90.1 kPa pressure with a recirculation still apparatus. Excess molar enthalpy (hE) was measured for two binary mixtures at 308 K, 323 K, and 363 K by using a SETARAM C80 calorimeter equipped with a flow mixing cell. A comprehensive consistency analysis was performed for the obtained data, and the experimental data were correlated with the nonrandom two liquid and universal quasichemical activity coefficient models. The results were compared with UNIFAC-Dortmund and COSMO-RS predictive models. The investigated mixtures are close to ideal and show small positive deviation from Raoult’s law. Calorimetric measurements show large positive molar excess enthalpy that decreases with the temperature for both investigated binary mixtures